Android的两种数据存储方式分析（二）

二、SQLiteDatabase

做移动应用的人，应该没有人不知道SQLite的吧，但SQLite与其它的关系型数据库有多大区别？Android是怎么使用和操作SQLite的？SQLite的性能怎么样？平时困扰我们的各种数据库异常都是怎么会事儿？有没有什么解决办法？带着这些问题，我们来深入学习一下Android中的SQLite吧！

1、SQLite的优势，Android为什么要选择SQLite

（1）SQLite是一个单进程的数据库（和应用程序运行在一个进程中），不分Server/Client。

（2）所有数据保存在一个文件中（transaction操作过程中会有一些事务记录文件），跨平台。

（3）免安装直接使用。

（4）驱动引擎包很小，500K，去掉一些不常用的功能，可以缩到300K。

（5）资源占用非常少，可以运行在100K内存的设备上。

（6）在读写效率、消耗总量、延迟时间和整体简单性上具有的优越性

（7）完全免费，商用也免费；收费版有加密的功能。

它从设计开始就是为嵌入式设备服务的，所以很适合手机，它不像其它的数据库，启动后会有一个Server的进程，访问时再起一个客户端，通过IPC进行通信。实际上SQLite现在的性能已经很不错了，有不少小的网站也在用它，SQLite的官网上说，它可以支持一天10～30W的访问量。

2、SQLite的数据类型

SQLite支持的数据类型比别的数据库要少很多；SQLite的数据存储是动态数据类型的。

SQLite数据库只支持五种数据类型，基本已经抽象到极高的层次了，而实际上我们只用到4种：

SQlite的五种数据类型

Null这种类型表示一个空值；Integer表示数学上的整数；Real表示数学上的小数；Text表示文本，计算机中叫字符串；Blob表示二进制；仔细想想，这几种值的确已经涵盖了平常我们用到的各有种情况。如果真想再抽象，blob可以表示一切啦，计算机里一切都是byte嘛。

再说说SQLite的动态数据类型，或者也可以叫弱数据类型：SQLite定义的表中的每一列是可以存储非指定的类型的数据的，比如我们的表定义如下：

一个Sqlite的表定义

如果我们在Android中使用：

contentValue.put("group_name","group_name");

contentValue.put("group_name", new byte[]{1,2 3});

contentValue.put("group_name", 123);

在做插入或修改操作时，都是可以执行成功的，看起来GROUP_NAME的类型约束TEXT根本就不生效，实际上，我把这那个类型去掉：

无类型定义的表创建语句

SQLite照样能把这个张表创建出来，可见对于SQLite而言，类型根本不是个必要条件，任何一列都可以存不同类型的数据，这也是SQLite区别于其它关系型数据库的一个重要地方。

我们在平时使用时可能也有发现另一种现象，我存入的是一个String="123"，但在cursor.getInt()时，竟然真的能得到int = 123，而你在使用cursor.getType(columnIndex)时获取到的对应字段的类型又的确是Text的，太混乱了。

另外，我们也注意到Cursor提供的方法，比如对于整数，它提供了以下方法：

getInt(int columnIndex)

getLong(int columnIndex)

getShort(int columnIndex)

而SQLite只有INTEGER这一种类型呀，这怎么对应起来的呢？

这是不是说，SQLite根本没有数据类型可言？或者SQLite根本就不需要数据类型？

答案是NO，SQLite从来都没有改变他自己定义的数据类型，他内部仍然存储着五种数据类型，他做的仅仅是列内数据动态而已，其它的工作都是Android自己做的，我们来看看Cursor的代码，先看getshort和getInt：（源代码在：CursorWindow.java）

Cursor的getShort和getInt

太暴力了，直接从long转过来，也不必数据丢失。再看同学暴力的getFloat和getDouble：

getFloat

从这里可以看出，SQLite内部的确只存储基本数据类型Integer和Real，对应于Java就是最大字节长度的long和double，而使用时直接强转，风险由RD自己承担，所以我们在写程序时对用哪种get要自己小心，保证你存的是什么类型的数就用什么来取，如果真的担心，那就直接用getLong和getDouble吧，它们不会丢失数据。

好，我们再来看第二个问题，为什么存入一种类型，可以用另一种类型来get，还是直接上个代码，从上面的getDouble代码来看，真正获取数据是用JNI实现的，我们先来看nativeGetDouble：（源代码在：android_database_CursorWindow.cpp）

JNI中getDouble

从上面代码可以看出，SQLite内部还是有类型的，只不过Android为了大家使用方便，对每种类型做了转换，如果存的是String，它会用strtod方法转换一下（string to double)，这个方法并不是所有string都能转过来的，如果不是一个小数形式的，它会返回0.0的；再看最后一个红框，如果你存入的是blob二进制，它就无能为力啦，给你抛个异常。

getLong和getDouble是类似的，我们再来看看getString的实现：

nativeGetString

注意红框部分，String使用utf16的形式；数向串转换使用的是sprintf；string跟blob类型也是不兼容的，也会出异常。我们再来看看另一个让人疑惑的地方，nativeGetBlog：

nativeGetBlob

疑惑就是string不兼容blob，但blob可不管你，string它照样按字节数组给读出来，可能blob是更加底层的形态吧；便我们往下面两个红框看，blob又不兼容integer和real。

总结一下吧：

（1）SQLite的内部设计是每一列内都可以存放不同类型的数据，但我们建议大家还是按强类型的关系型数据库来，显式定义列类型，同时列中的确存这种类型的数据，这样可以增加代码的可读性，又能减少潜在和隐藏bug的出现；

（2）尽管cursor的get可以获取一个非它存入的类型，但这个的正确性需要程序员自己来保证，而且一不小心还可能被它抛出异常，所以，建议同上，我们按强类型库的要求来做，存什么就取什么吧。

3、SQLite的线程模式

Sqlite是怎么处理多线程情况的？

实际上，SQLite的引擎对多线程做了处理的，要注意，这是sqlite层做的处理，指的是，打开一个库后，多个线程去处理这个库，而不是多个线程各自去打开这个库。我们看看SQLite是的各种线程模式：

SQLite的线程模式

（1）单线程模式，实际指的是数据库引擎不加锁，如果调用者使用了多线程，那调用都自己来保证同步。这种模式下，数据库内部的操作效率是最高的。

（2）多线程模式，这种模式下，可以多线程操作数据库，但有一个要求，一个DBconnection只能被一个线程使用，这一点也要求调用者自己来保证。

（3）顺序模式，此模式安全性最高，随便操作数据库，当然，效率也最低。

那Android使用的是哪种模式呢，我们看一下代码：（android_database_SQLiteGlobal.cpp）

android 6.0上SQLite初始化的代码

从上面代码我们也可以看出，在Android6.0上，使用的是多线程模式。

我们如果注意到SQLiteDatabase的接口，会发现这样一个方法：

SQLiteDatabase的一lock方法

可以看到，SQLiteDatabase提供了一个锁来控制线程同步，但这个方法在api level 16就不建议用了，这又是为什么呢？我们去看看ApiLevel 16以前的SQLite配置吧。

在jni中找了所有的database*.cpp文件，都没有找到这个配置，再回去看看SQLite配置多线程模式的方法：

SQLite的线程模式配置方法

从这几个配置方法和默认配置方法，我猜测4.0及以前版本的SQLite用的不是默认的serialized模式，因为用这个模式Android就不用自己再加锁了；那它应该用的是编译时设置线程模式，而且是单线程模式。

那Android4.0以上是怎么实现每个connection只被一个线程操作的呢？我们接下来分析Android操作SQLiteDatabase的方法就能发现了。（4.0及以下使用的是锁的方式，我们就不细看了）

4、Android是如何实现操作SQLiteDatabase的

Android操作数据库的流程比较简单，牵扯到的类其实不多，一个简单的图就可以看清楚：

Sqlite操作流程

一句话描述整个流程就是：openHelper打开数据库后，构建DBConnection，使用sqliteQuery和SqliteStatement操作数据库。是不是很简单，但它里面实际上还是有很多其它代码逻辑，我们主要从三个方面分析：openDatabase、session和两个操作方法query+statement。

（1）Open Database

我们在使用db时，先要通过SQLiteOpenHelper获取到SQLiteDatabase，一般获取方法有两种：getReadableDatabase和getWritableDatabase，猛一看，这两个方法还挺有迷惑性，好像一个是得到一个read only的库，一个用于得到一个可写的库，我们看看代码中是这样的吗？

打开SQLiteDatabase

先注意第一个红框，这两个方法都是加了synchronized的，不会因为线程问题创建出两个SQLiteDatabase;第二、三个红框可以看出，他们都是调用了getDatabaseLocked方法，只是参数不一样，参数表明了打开哪种db;第四个红框里的条件可以发现，只要是非writable，当前缓存的db就可能返回了，或者当前数据是writable的，也可以返回了，所以，获取readable的数据库并不一定返回的是只读的哦，下面还有更吐血的。

打开Sqlite数据库

第一个红框比较好理解，要打开一个writable的，当前是readOnly的就重新打开一次；看第二个红框，这个值是debug用的，真实环境一直是false，所以这个if是不会走的；看第三个红框，我们发现打开数据库时，根本不管是要readable还是writable，统一打开Writable的，那还要传进来的writable参数干什么呢？再往下看，第五个红框，在打开readable失败时，这时才去判断，如果我们计划打开的是readable的，它才去尝试用readable去打开。

结论：不管getReadableDatabase还是getWritableDatabase，OpenHelper都是优先去打开writable的，对于getReadableDatabase的作用，只是在打开writable失败时（比如磁盘满了）,才会用第二案，尝试用readable打开一下。

打开SQLiteDatabase

接下来就比较简单了，同步的把各种on*方法回调走一遍，注意，这里的调用是同步依次调用，不会有什么线程问题的。

（2）SQLiteSession

SQLiteDatabase在操作数据库时，都要获取到一个session后才能开始操作，从session这个单词我们看以看出，它就像一个client一样。

transaction，query，statement都是要先获取一个session

从这几个方法可以看出，数据库的操作都是要先获取到session才可以操作，我们看看session定义的地方。

SQLiteDatabase中的SQLiteSession

我们可以看到,Session是用threadLocal保存的，SQLiteDatabase正是通过ThreadLocal来保证了每个线程拿到的Session唯一，线程结束了，它也就被释放了。每个session中有一个dbconnection，此时，andriod已经做到了每个connection只属于一个线程，符合SQLite线程模式Multi-Thread的要求。

SQLiteSession的类注释写了好多内容，对我们理解数据库操作非常有帮助，（我使用Google翻译了一下，翻译的很难懂，还是直接看英文看的更加明白）：

sqliteSession说明

database只能用session访问数据库；多个readonly操作可以并行执行，写操作只能串行；session不是线程安全的，DB通过ThreadLocal来保证安全；多线程同时操作connection，有可能造成死锁。

sqliteSession说明

transaction有两种，隐式和显式；平时的任何直接操作都会起一个隐式的；只有调用beginTransaction，才发起一个显式的transaction；transaction是可以嵌套的，嵌套内的任何一个没有succesfull，最外层的都会回滚；如果一个transaction执行时间太长，可以通过yieldTransaction来让出一段时间数据库操作，但让出这前的提交内容会被commit，且不会回滚（比较鸡肋）。

显示transaction用法

显式的transaction必须这样用，try + finaly，像lock的用法一样，否则会再现死锁的情况。

connection和responsiveness

一个数据库的connection是有限的，多线程并发比较高时，一些sessoin在获取connection是要等待的；Android做了一个connection的pool来提高效率，实际上这个pool的max size很小的（系统配置），也就2～5个的样子；

为了提升数据库操作响应速度，一定要减少transaction执行时间，特别是writable的，它们要串行执行；为增加响应速度和流畅性，有几个需要注意的点：

[1]不要在主线程操作数据库；

[2]保持transaction时间尽可能短；

[3]简单的查询条件要比复杂查询条件的速度快的多；

[4]表内数据量的大小是非常影响查询速度的，100行的表跟10000行的表完全不是一个速度级的。

（3）关于query和statement就不细讲了，我们只要理解两点：

[1]所有的query操作，包括rawQuery，最终都是组成一个SQLiteQuery对象来执行；

[2]所有的增、删、改操作，包括executeSQL，最终都是组成一个SQLiteStatement对象来执行；

具体代码大家可以从SQLiteDatabase中相关方法跟下去看看：

https://android.googlesource.com/platform/frameworks/base/+/android-6.0.1_r77/core/java/android/database/sqlite/

5、SQLite的读写性能和内存占用情况

先说读写性能，我自己做的测试，一般的手机

query100条以内：1ms

query500条以内：<10ms

query1000条：>10ms

插件操作：

Insert一条记录：20ms

从上面的数据可以看出，正常情况下查询少量数据是非常快的，这里说的是正常情况，所以，如果我们只是查很少量的数据，有时可以放在主线程操作，但是不建议，个别手机上还是有可能anr；

修改操作很快，必须放在工作线程完成。

关于内存占用情况，我测试打开一个库，建立一个connection，正常情况下一个connection会占用2K左右的内存，而库的主要内存就在这里，看connectionPool的大小了。

所以，对于数据库内存方面的建议是：如果这个库要经常操作，可以不用关，占用内容并不多，因为再打开一次开销还是挺大的（50~100ms）；如果不常用的数据库，还是及时关闭吧。

6、开发中如何正确的使用SQLite

关于使用数据库的建议：

（1）保证sqliteOpenHelper单例，或者全局唯一，不要让一个库在一个进程中同时存在多个OpenHelper；

（2）不要在多个进程中操作同一个库，如果有多进程的情况，使用contentProvider来操作库吧，各进程都通过contentProvider来获取数据；

（3）数据库是否需要关闭根据业务情况来，它占用的内存其实不多。

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